基于Sentinel-2A影像的县域冬小麦种植面积遥感监测

小麦种植面积遥感监测是小麦估产的基本要素,准确而及时地提取不同灌溉类型冬小麦种植面积及其空间分布信息可为冬小麦长势监测以及产量评估提供科学依据。以山西省闻喜县冬小麦为研究对象,以Sentinel-2A影像为基础数据源,选择主成分(PCA)、红边归一化植被指数(RENDVI)、纹理特征等3个特征变量,结合实地调查样本点,采用随机森林算法,提取冬小麦种植面积,并结合数字高程模型(DEM)提取雨养区和灌溉区冬小麦种植面积。结果表明,Sentinel-2A遥感数据适合作为县域尺度冬小麦监测的数据源;主成分分析、纹理特征和RENDVI的引入可以提高单时相遥感影像对县域冬小麦分类的识别能力;随机森林算法和数字高程模型结合可以实现雨养区和灌溉区冬小麦种植面积的提取。     

山西小麦品种资源醇溶蛋白组成的遗传变异

利用A-PAGE技术,比较分析了近40年来山西小麦育成品种、外引品种与地方品种在醇溶蛋白组成上的差异,从而揭示山西小麦品种醇溶蛋白的遗传变异。结果表明：山西育成品种与外引品种比地方品种醇溶蛋白谱带数目分别增加了2.1和1.5条。在70条迁移率不同的谱带中,26条从地方品种到育成品种出现频率明显增加,23条明显降低,其余的21条变化规律不明显;分区来看,与地方品种比较,育成品种ω区谱带数目及谱带出现频率的增减变化最大,其次是γ区,β和α区变化最小。同时发现16.5和19.1为双联带,12.9、15.7、17.8为三联带,二者都在ω区但总不同时出现。对3种类型品种的遗传差异分析发现,地方品种间的平均遗传距离明显大于其他2类品种;聚类分析也发现,大多数地方品种、山西育成品种或外引品种总是分别聚在同一亚类,表明地方品种与山西育成品种和外引品种之间编码醇溶蛋白的基因位点存在较大差异,同时也说明近40年来山西育成品种之间、外引品种之间醇溶蛋白的遗传变异水平不高。     

基于地面光谱的冬小麦田土壤养分遥感监测

以山西省闻喜县冬小麦为研究对象,通过野外实地调查,利用便携式光谱辐射仪测定冠层反射率,提取8种植被指数(RVI,TSAVI,RDVI,NDVI,PVI,RDVI,SAVI,OSAVI),并与冬小麦不同生育时期土壤硝态氮、铵态氮、速效磷及速效钾等养分指标进行相关性分析,建立相应的预报模型,实现对麦田土壤养分的监测。结果表明,冬小麦生育期内,不同的土壤养分含量变化不一,水浇地的土壤硝态氮、速效磷以及速效钾含量均略高于旱地,铵态氮则相反;冬小麦拔节期、灌浆期以及成熟期,旱地土壤耕层养分与植被指数相关性较差;水浇地的硝态氮和速效磷含量与植被指数的相关模拟效果达到显著水平,而铵态氮和速效钾含量与植被指数的模拟程度较差。因此,在冬小麦拔节期、灌浆期与收获期,可通过植被指数来模拟监测土壤硝态氮与速效磷含量的变化。     

燕麦属种质资源遗传多样性及遗传演化关系ISSR分析

为了研究燕麦属（Avena）物种遗传多样性及遗传演化关系,利用ISSR分子标记对燕麦属16个种共47份种质资源进行分析。结果表明：燕麦属种间存在丰富的遗传多样性,种间遗传相似性系数（GS）在0.5092～0.9544之间,种内平均遗传相似性系数（GS）最高的A. sativa为0.9512,最低的A. lusitanica为0.7119,说明燕麦属物种间存在较大的遗传变异,而物种内的遗传变异会因物种的不同存在差异。聚类结果显示,47份种质资源根据基因组组成聚成4大类群,AC基因组燕麦与ACD基因组燕麦聚成一大类,说明2组亲缘较近;由AB基因组燕麦聚成的第Ⅱ大类和由As和Ad基因组燕麦聚成的第Ⅲ大类在一分枝上,说明As和Ad基因组燕麦与AB基因组燕麦亲缘关系较AC基因组燕麦更近;Cp基因组燕麦单独构成一类群,且与其他燕麦相似数较低,说明该基因组燕麦与其他燕麦亲缘关系较远。所试燕麦种质资源种内的遗传差异性和遗传关系与地理来源密切相关。     

施氮量对不同品质类型小麦产量、品质和旗叶光合作用的调节效应

采取田间试验,研究了施氮量对强筋小麦临优145和中筋小麦临优2018产量、品质、灌浆进程及旗叶光合作用的影响。结果表明,施氮使成穗数、穗粒数和结实小穗增加,千粒重降低,产量提高,以成穗数对产量贡献最大;施氮使平均灌浆速率降低,灌浆持续时间延长,灌浆后期灌浆速率下降相对较慢;旗叶叶绿素相对含量和净光合速率提高。临优145施氮量225.kg/hm2和临优2018施氮量150.kg/hm2时,2个品种的营养品质和加工品质均得到改善,蛋白质各组分均有所提高,达到产量与品质的协调。综合考虑施氮对2个不同品质类型小麦产量和品质的影响,施氮量对成穗数、穗粒数和产量影响作用大,千粒重和品质主要决定于品种遗传特性。     

减氮配施有机肥对燕麦氮积累量及产量和品质的影响

研究减氮配施有机肥对燕麦氮素积累量及产量和品质的影响,并探索减氮50%配施有机肥实现燕麦高产和品质提升的可行性。试验采用随机区组设计,设置7个处理。结果表明,减氮50%(氮肥45 kg/hm~2)配施等量氮的有机肥(7 500 kg/hm~2)处理,燕麦中后期茎鞘、叶片和穗氮积累量达到常规氮肥水平;配施有机肥达到15 000 kg/hm~2时,对燕麦地上部各器官氮积累量有促进作用;减氮50%(氮肥45 kg/hm~2)配施足够有机肥(15 000 kg/hm~2),燕麦产量才能达到常规氮肥效果;而减氮50%(氮肥45 kg/hm~2)配施等量氮的有机肥(7 500 kg/hm~2)有显著提高燕麦籽粒蛋白质含量和β-葡聚糖含量的效果,比常规氮肥分别显著增加10.83%和6.17%。     

外源硒对苦荞生长发育及子粒硒含量的影响

为了研究外源硒对苦荞生长发育及子粒硒含量的影响,在开花期对大田苦荞喷施不同浓度亚硒酸钠（0、2.5、5.0、10.0和20.0mg/L）,分析在喷硒后5、10、15和35d地上部干生物量和鲜生物量、叶面积指数、叶绿素含量、产量及子粒硒含量的变化。结果表明：（1）在Se1（2.5mg/L）水平下外源硒能够显著提高苦荞地上部干和鲜生物量、叶面积指数、叶绿素含量;（2）在Se2（5.0mg/L）水平下能够显著提高苦荞产量,与对照相比,增幅为13.49%;（3）施硒可以显著提高苦荞子粒硒含量,子粒硒含量随喷施硒浓度的增加而增加,增幅为0.8%~4.2%。综上,适量外源硒能够促进苦荞生长发育,提高产量及子粒硒含量。     

基于冬小麦筋型修正系数的籽粒蛋白质含量遥感预测

为优化冬小麦籽粒蛋白含量(GPC)的遥感预测模型,基于2012-2013、2014-2015和2017-2018年冬小麦生长季的田间试验,以植株氮代谢过程及GPC形成规律为依据,构建"植被指数(VI)-农学参数-GPC"的半机理模型,并在此基础上通过引入筋型修正系数λ优化"PNC-GPC"模型,修正小麦筋型对模型的影响,进一步提高"VI-PNC-GPC"模型的精度。结果表明,选取的VI与植株氮浓度(PNC)均极显著相关,其中比值光谱植被指数(RSI)与PNC的相关性最高,相关系数达到0.777,建立的PNC估算模型的决定系数(r~2)达到0.604,验证nRMSE为9.93%;构建的PNC-GPC模型为GPC=(5.843×PNC+4.847)×λ,r~2=0.792,验证nRMSE为7.43%;对比不考虑冬小麦筋型的"RSI-PNC-GPC"模型,其r~2提高了0.145,验证的nRMSE降低了0.86%。综合来看,以PNC为中间变量,通过考虑不同筋型的差异构建的筋型修正系数可以更加准确地预测GPC。     

黄土高原台塬区域麦田土壤养分的管理分区

为探索适宜黄土高原边缘台塬区域麦田土壤养分的管理分区方法,找出对产量影响较大的土壤养分因子,以闻喜县麦田作为研究对象,将地形因子、土壤类型和土壤养分作为输入因子,分别采用K均值聚类、模糊C均值聚类、分级分区3种方法进行管理分区,以变异系数作为评价指标,找出适宜该区域麦田土壤养分的管理分区方法。结果表明,闻喜县的麦田地形因子、土壤养分的空间变异性较大,适宜进行管理分区;较未分区前,K均值聚类、模糊C均值聚类、分级分区均能降低麦田土壤养分的变异系数,其中,分级分区降低幅度最大,达27.07%;地形因子和土壤养分的主成分分析表明,地形因子对主成分的贡献较大,地形因子与土壤养分呈负相关关系。黄土高原边缘台塬区域地形复杂,地形因子掩盖了麦田土壤养分对产量的影响,导致K均值聚类和模糊C均值聚类分区不适宜该区域管理分区。分级分区是适合该区域的麦田土壤养分管理分区方式。     

不同糜子品种对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养的方法,研究了低氮胁迫下不同糜子品种苗期生物学性状、 氮素吸收利用效率差异及与根系形态生理指标之间的相关关系。 结果表明, 低氮胁迫下,糜子地上部生长受抑程度大于根部,植株氮累积量降低但氮利用效率明显提高。晋黍7号株高、 叶面积、 茎叶干重、 根干重、 总根数、 总吸收面积和活性吸收面积下降幅度在所测试品种中均最小, 其总氮累积量分别是晋黍1号、 晋黍5号、 晋黍8号的1.35、 1.50、 1.39倍,根系氮累积量/总氮量的百分率增加的幅度和地上部氮累积量/总氮量的百分率下降的幅度均最低,分别为9.75% 和 3.47%; 植株氮利用效率比晋黍1号、 晋黍5号、 晋黍8号分别高20.92%、 12.44%、 14.83%。晋黍7号较其他品种更耐低氮胁迫。低氮胁迫下,糜子根系干重、 总根长、 总吸收面积与总氮累积量呈显著线性相关,表明低氮胁迫下,根系形态生理指标对氮素吸收效率起重要作用。